遥感数字图像处理课件：第七章影像增强.ppt
30页
遥感影像增强 主要内容•影像显示增强•影像运算增强 遥感影像增强•目的：（1）改善图像的视觉效果，提高图像的清晰度；（2）将图像转换成一种更适合于人或机器进行解译和分析处理的形式 遥感影像显示增强 1.1 对比度增强•对比度：不同物质在相同情况下反射能量不一致，遥感系统记录的两种地物之间存在对比度•对比度低：1）地物反射特性相近；2）传感器灵敏度•低对比度－－－－高对比度(对比度增强) 1.1对比度增强•通过像元亮度值（灰度值）的变换来实现的，即它将输入图像中某点（x,y）的像元值f(x,y)，通过映射函数T(•)，映射成输出图像中的像元值g(x,y)，即g(x,y)＝T(f(x,y)) •分类：灰度扩展和直方图调整法 1.1.1 灰度扩展•灰度变换是一种简单而实用的方法它可使图像动态范围增大，图像对比度扩展•灰度扩展可分为比例线性变换、分段线性变换和非线性灰度变换 1.1.2 比例线性扩展•比例比例线线性性变换变换是将原是将原图图象亮度象亮度值动态值动态范范围围按按线线性性关系式关系式扩扩展到指定范展到指定范围围或整个或整个动态动态范范围围比例线线性性变换对图变换对图像每一个象素灰度作像每一个象素灰度作线线性拉伸性拉伸, ,关于关于扩扩展范展范围围有以下两种情况：有以下两种情况：• （（1 1）原）原图图象的最小和最大亮度象的最小和最大亮度值值，即，即对对原原图图象象的灰度范的灰度范围围不加区不加区别别地地扩扩展；展；• （（2 2）人）人为规为规定的最小和最大定的最小和最大值值（即（即阈值阈值），它），它把把图图像的低亮度像的低亮度值值和高亮度和高亮度值值像元的灰度像元的灰度级进级进行行了适当的了适当的归归并。
并 1.1.2线性变换原始图像：f(i,j)，灰度范围：[a,b]，变换后图像：f’(i,j)，灰度范围：[a’,b’]，存在以下关系：另一种情况，图像中大部分像素的灰度级在[a,b]范围内，少部分像素分布在小于a和大于b的区间内此时可用下式作变换： 像元素灰级变换前变换后0 1 2 3 4 5 6 70 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 适用范围•最大最小线性－适合于直方图呈正态分布或是近似正态分布•指定范围线性：特定地物增强 1.1.3 分段线性扩展•分段分段线线性性变换变换是是为为了突出了突出人人们们感感兴兴趣的目趣的目标标或亮度或亮度值值区区间间，要求局部，要求局部扩扩展亮展亮度度值值范范围围它可以有效地它可以有效地利用有限个灰度利用有限个灰度级级，达到，达到最大限度增最大限度增强图强图像中有用像中有用信息的目的信息的目的 高值区拉伸低值区拉伸 适用范围•影像直方图不符合正态分布，具有双峰或是多峰的情况 1.1.4非线性灰度扩展非非线线性灰度性灰度变换对变换对于要于要进进行行扩扩展的亮度展的亮度值值范范围围是有是有选择选择的，的，扩扩展的程度是随亮度展的程度是随亮度值值的的变变化化连续变连续变化的。
常用的有两化的常用的有两种方法：种方法：•1 1））对对数数变换变换当希望当希望对图对图像的低亮度区有像的低亮度区有较较大的大的扩扩展展而而对对高亮度区高亮度区压缩时压缩时，可采用此种，可采用此种变换变换•2 2）指数）指数变换变换此种可以此种可以对图对图像的高亮度区像的高亮度区给给予予较较大的大的扩扩展 原始图像f(i,j)的灰度范围为[a,b]，可以通过自然对数变换到区间[a’,b’]上，从而求得图像f’(i,j)： 1.2直方图调整•遥感图像其灰度分别集中在较窄的区间，从而引起图像细节的模糊，为使图像细节清晰，并使一些目标得到突出，达到增强图像的目的，可通过改善各部分亮度的比例关系，即可通过直方图的方法来实现•常用的方法有直方图均衡化和直方图规定化 1.2.1直方图均衡化直方直方图图均衡化是将一已知灰度概率密度分布的均衡化是将一已知灰度概率密度分布的图图像，像，经过经过某种某种变换变换，，变变成一幅具有均匀灰度概率密度分布的新成一幅具有均匀灰度概率密度分布的新图图像像设设一幅一幅图图像像总总像元数像元数为为n n、分、分L L个灰度个灰度级级，，nknk代表第代表第k k个灰度个灰度级级rkrk出出现现的的频频数，数，则则第第k k灰度灰度级级出出现现的概率的概率为为pr(rk)=nk/n(0≤rk≤1,k=0,1,pr(rk)=nk/n(0≤rk≤1,k=0,1,……,L-,L-1)1)此此时变换时变换函数可表示函数可表示为为根据原根据原图图象的直方象的直方图统计值图统计值就可算出均衡化后各像元的灰度就可算出均衡化后各像元的灰度值值。
按上式按上式对对遥感遥感图图像像进进行均衡化行均衡化处处理理时时，直方，直方图图上灰度分布上灰度分布较较密的部分被拉伸；密的部分被拉伸；灰度分布稀疏的部分被灰度分布稀疏的部分被压缩压缩，从而使一幅，从而使一幅图图像的像的对对比度在比度在总总体上得到体上得到很大的增很大的增强强 1.2.2直方图规定化直方直方图规图规定化增定化增强处强处理的步理的步骤骤如下：如下：（（1 1）如同均衡化方法中，）如同均衡化方法中，对对原始原始图图的直方的直方图进图进行灰行灰度均衡化；度均衡化； （（2 2））规规定希望的密度函数，并定希望的密度函数，并计计算能使算能使规规定的直方定的直方图图均衡化的均衡化的变换变换；；(3)(3)将第将第1 1步得到的步得到的变换变换反反转过转过来，即将原始直方来，即将原始直方图图对应对应映射到映射到规规定的直方定的直方图图，也就是将所有，也就是将所有pr(rj)pr(rj)对应对应到到pu(ui)pu(ui)中去 遥感影像彩色显示增强 彩色增强人的视觉系统对彩色相当敏感，人眼一般能区分的灰度级只有二十多个，而对不同亮度和色调的彩色图像分辨能力可达到灰度分辨能力的百倍以上。
彩色增强就是根据人的这个特点，将彩色用于图像增强之中，从而提高了图像的可分辨性 伪彩色增强伪彩色增强是将一个波段或单一的黑白图像变换为彩色图像，从而把人眼不能区分的微小的灰度差别显示为明显的色彩差异，更便于解译和提取有用信息伪彩色增强的方法主要有以下三种：密度分割法、空间域灰度级－彩色变换和频率域伪彩色增强 密度分割密度分割或密度分层是伪彩色增强中最简单的一种方法，它是对图像亮度范围进行分割，使一定亮度间隔对应于某一类地物或几类地物从而有利于图像的增强和分类此法比较直观简单，缺点使变换出的彩色数目有限 密度分割的步密度分割的步骤骤AA：：选选定密度分割点，考定密度分割点，考虑虑因素：因素：专业专业知知识识和和经经验验、地物波、地物波谱谱BB：确定灰度与彩色的：确定灰度与彩色的变换变换关系，灰度分割点关系，灰度分割点对对应应于彩色分割点于彩色分割点变换变换关系可以是等关系可以是等间间隔的隔的线线性的、不性的、不间间隔的隔的线线性的、分段性的、分段线线性分割的方法非性分割的方法非线线性的性的变换变换关系 伪彩色变换空间域灰度级－彩色变换是根据色度学的原理，将原图像的灰度分段经过红、绿、蓝三种不同变换，变成三基色分量，然后用它们分别去控制彩色显示器的红、绿、蓝通道，便可以合成一幅彩色图像。
彩色的含量由变换函数的形状而定 假彩色增强通通过过映射函数映射函数变换变换成新的三基色分量，彩色合成使增成新的三基色分量，彩色合成使增强图强图像像中各目中各目标标呈呈现现出与原出与原图图象中不同的彩色象中不同的彩色目的：一是使感目的：一是使感兴兴趣的目趣的目标标呈呈现现奇异的彩色或置于奇特的彩奇异的彩色或置于奇特的彩色色环环境中，从而更受人注目；另一个是使景物呈境中，从而更受人注目；另一个是使景物呈现现出与人出与人眼色眼色觉觉相匹配的相匹配的颜颜色，以提高色，以提高对对目目标标的分辨力的分辨力多光多光谱图谱图像的假彩色增像的假彩色增强强可表示可表示为为：：RF=fR{g1,g2,RF=fR{g1,g2,……gi,gi,……} }GF=fG{g1,g2,GF=fG{g1,g2,……gi,gi,……} }BF=fB{g1,g2,BF=fB{g1,g2,……gi,gi,……} }式中式中g1g1表示第表示第i i波段波段图图像，像，fRfR、、fGfG、、fBfB表示通用的函数运表示通用的函数运算，算，RFRF、、GFGF、、BFBF为经为经增增强处强处理后送往彩色理后送往彩色显显示器的三基色示器的三基色分量，合成一幅假彩色分量，合成一幅假彩色图图像。
像 遥感影像运算增强 代数运算增强•图像的代数运算是指对两幅或两幅以上的输入图像的对应像元逐个地进行和、差、积、商的四则运算，以产生有增强效果的图像•进行代数处理的遥感图像必须进行大气辐射校正、噪音抑制、几何精纠正等预处理 图像相加与相乘•图像相加可以把同一景物地多重影像加起来求平均，以便减少图像的随机噪音，也可以为某种增强效果的需要而把多幅图像有目的叠加在一起•图像相乘可用来遮掉图像的某些部分在图像处理中最有用的就是卷积运算，卷积运算一般用作图像轮廓增强 图像相减图像的减运算，是对同一景物在不同时间拍摄的图像或同一景物在不同波段的图像进行相减它可以用来消除影像中不希望的附加模式，可以缓慢地改变背景的阴影模式、周期性噪音模式或在影像中每一个像元点上所知的任何附加混杂信息同时图像相减能用以指导动态监测、运动目标检测和跟踪及目标识别等工作 比值运算图像相除是遥感图像处理中常用的方法，它是由两个波段对应像元的灰度值之比或几个波段组合的对应像元灰度值之比获得利用比值处理可以扩大不同地物的光谱差异，区分在单波段中容易发生混淆的地物，同时可以消除或减弱地形阴影、云影影响和植被干扰以及显示隐伏构造等。
比值运算的缺点•（1）比值使得原来图像的独立波谱意义不存在了，失去了地物的总的反射强度信息，为了补救这一不足，可利用一个波段图像和两个比值图像作彩色合成•（2）比值处理常常放大了噪声，因而比值处理前应充分做好消除噪声的工作。
